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Die
Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe sowie ein Verfahren zum Reinigen
von Vakuumpumpen.
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Mit
Hilfe von Vakuumpumpen werden beispielsweise zur Durchführung von
Beschichtungs-, Trocknungs- und Sinterprozessen Gase, insbesondere
Luft, aus Beschichtungskammern oder dergleichen abgesaugt. Die abgesaugten
Gase enthalten je nach Anwendung eine unterschiedliche Menge an Partikeln.
Derartige Verschmutzungen lagern sich in dem Schöpfraum der Vakuumpumpe an der
Innenseite des den Schöpfraum
bildenden Gehäuses und/oder
an den Pumpelementen ab. In derartigen Prozessen werden üblicherweise
trockene Vakuumpumpen eingesetzt. Hierbei handelt es sich beispielsweise
um Schraubenpumpen, Drehschieberpumpen, Wälzkolben-Pumpen oder entsprechend
geeignete, insbesondere trockene Vakuumpumpen. Die Vakuumpumpen
weisen stets einen Schöpfraum
auf, in dem die Pumpelemente wie die Schrauben, die Schieber oder
die Wälzkolben
angeordnet sind.
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Um
Beschädigungen
der Vakuumpumpe durch Verschmutzungen zu vermeiden ist es erforderlich,
die Verunreinigungen im Schöpfraum
zu entfernen. Hierzu ist es häufig
erforderlich, die Pumpe zu demontieren und die Pumpelemente aus
dem Schöpfraum
zu entfernen, um die Verunreinigungen sodann mechanisch zu beseitigen.
Eine derartige Reinigung der Vakuumpumpe ist zeit- und kostenintensiv.
Ferner ist es erforderlich, den Prozess für einen längeren Zeitraum zu unterbrechen
oder die zu reinigende Pumpe durch eine entsprechende Pumpe zu ersetzen.
Dies setzt voraus, dass eine entsprechende Anzahl an Ersatzpumpen
vorhanden ist, wodurch die Kosten des Herstellungsprozesses erhöht werden.
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Ferner
ist es bekannt, den Schöpfraum
mittels einer Reinigungsflüssigkeit
zu reinigen. Hierzu wird die Vakuumpumpe vom Prozess getrennt und eine
geringe Menge an Reinigungsflüssigkeit
dem Schöpfraum
im Pumpbetrieb zugeführt.
Aufgrund des in dem Schöpfraum
herrschenden geringen Drucks erfolgt ein unmittelbares Verdampfen
der Reinigungsflüssigkeit.
Durch das Auftreten von Kavitation erfolgt ein Absprengen bzw. Entfernen
der Verschmutzungen von der Innenwand des Schutzraums bzw. von Pumpelementen.
Zur Durchführung
dieses Reinigungsverfahrens ist es erforderlich, dass ein entsprechend
geringer Druck im Schöpfraum herrscht.
Da die zugeführte
Reinigungsflüssigkeit den
Spalt zwischen Innenwand und Pumpelement bzw. zwischen zwei Pumpelementen
zumindest teilweise verschließt,
steigt beim Zuführen
der Reinigungsflüssigkeit
die Leistungsaufnahme der Vakuumpumpe stark an. Dies ist selbst
bei der Zufuhr geringer Mengen an Reinigungsflüssigkeit der Fall. Die erhöhte Leistungsaufnahme
führt zu
unerwünschten Belastungen
des Stromnetzes und kann ferner Beschädigungen des Antriebsmotors
der Vakuumpumpe hervorrufen. Ferner ist es erforderlich während des
Spülvorgangs
Gas zuzuführen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vakuumpumpe mit einer Reinigungseinrichtung
zu schaffen, durch die eine kostengünstige und zuverlässige Reinigung
möglich
ist, wobei vorzugsweise eine starke Belastung des Stromnetzes sowie
des Pumpenmotors vermieden werden soll. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung,
ein verbessertes Verfahren zum Reinigen von Vakuumpumpen zu schaffen.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Vakuumpumpe gemäß Anspruch 1
bzw. ein Verfahren zum Reinigen von Vakuumpumpen gemäß Anspruch
5.
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Das
Zuführen
der Reinigungsflüssigkeit
in den Schöpfraum
kann über
eine gesonderte Zuführöffnung,
die über
Rohrleitungen mit dem Behälter
für die
Reinigungsflüssigkeit
verbindbar bzw. verbunden ist, erfolgen. Ebenso ist es möglich, das
Reinigungsmittel über
die Ansaugöffnung
und/oder eine Auslassöffnung
bzw. eine mit Ansaug-/Auslassöffnung
verbundene Rohrleitung dem Schöpfraum
zuzuführen.
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Die
Vakuumpumpe weist einen durch ein Gehäuse ausgebildeten Schöpfraum auf.
Das Gehäuse weist
eine Ansaugöffnung,
durch die das zu pumpende Gas gesaugt wird, auf. Die Ansaugöffnung ist
im Betrieb beispielsweise mit einer Beschichtungskammer, einem Sinterofen
oder dergleichen verbunden. Ferner weist das Gehäuse eine Ausstoßöffnung auf, durch
die das abgesaugte Gas ausgestoßen
wird. Innerhalb des Schöpfraums
sind die Pumpelemente zum Fördern
des Gases in Richtung der Ausstoßöffnung angeordnet. Je nach
Typ der eingesetzten Vakuumpumpe handelt es sich bei den Pumpelementen beispielsweise
um Schrauben, Drehschieber, Wälzkolben
etc. Mit dem Schöpfraum
oder einer mit dem Schöpfraum über die
Ansaug- oder die Auslassöffnung
verbundenen Leitung ist ferner ein Behälter zur Aufnahme von Reinigungsflüssigkeit
verbunden. Erfindungsgemäß ist mindestens
ein Schallgenerator zur Erzeugung von Schallwellen vorgesehen.
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Zum
Reinigen des Schöpfraums
und/oder der in dem Schöpfraum
vorhandenen Pumpelemente wird Reinigungsflüssigkeit aus dem Behälter dem Schöpfraum zugeführt. Durch
den erfindungsgemäß vorgesehenen
mindestens einen Schallgenerator werden in die Reinigungsflüssigkeit
und/oder in mindestens eines der Pumpelemente und/oder in das Gehäuse Schallwellen
eingekoppelt. Durch dieses insbesondere vollständige Befüllen des Schöpfraums mit
Reinigungsflüssigkeit
und dem Einkoppeln von Schallwellen kommt es an Grenzübergängen zwischen
der Reinigungsflüssigkeit
und einem Fremdmaterial zur Ausbildung von Kavitäten, d. h. Hohlräumen aufgrund
von Druckminima der Schallwellen. Verschmutzungen, die insbesondere
an den Pumpenelementen oder den Wandungen des Schöpfraums
anhaften, stellen auch ein derartiges Fremdmaterial dar. Aufgrund
der auftretenden Druckmaxima fallen die mit Gas aus der Reinigungsflüssigkeit gefüllten Hohlräume implosionsartig
zusammen. Hierdurch entstehen lokal hohe Drücke und hohe Temperaturen.
Dieser zyklisch auftretende Vorgang bewirkt durch Absprengen bzw.
Abplatzen der Verunreinigungen an den Grenzübergängen das Entfernen von Verunreinigungen
von Pumpelementen und/oder den Wandungen des Schöpfraums.
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Der
mindestens eine Schallgenerator kann innerhalb des Schöpfraums
angeordnet sein. Sobald die Pumpe vom Prozess getrennt ist und die
Ansaugöffnung
verschlossen ist, um den Schöpfraum
mit Reinigungsflüssigkeit
zu befüllen,
ist es somit möglich,
mit einem derart angeordneten Schallgenerator Schallwellen unmittelbar
in die Reinigungsflüssigkeit einzukoppeln.
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Ferner
ist es möglich,
einen Schallgenerator, insbesondere außen am Gehäuse oder innerhalb einer Gehäusewand
anzuordnen. Die Schallwellen werden somit durch das Gehäuse hindurch
bzw. über das
Gehäuse
in die sich in dem Schöpfraum
befindende Flüssigkeit
eingekoppelt.
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Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, die Schallwellen unmittelbar in mindestens eines
der Pumpelemente bzw. ein mit dem entsprechenden Pumpelement verbundenes
Bauteil einzukoppeln. Beispielsweise ist es bei Schraubenpumpen
möglich, die
Einkopplung der Schallwellen in die mit dem Schraubenrotor verbundene
Rotorwelle vorzunehmen. Dies hat den Vorteil, dass der Schallgenerator außerhalb
des Schöpfraums
angeordnet werden kann oder beispielsweise bei zweiseitig gelagerten Pumpenelementen,
wie Schraubenmotoren, im Bereich der der Antriebsseite gegenüberliegenden
Lagerung. Ferner kann einer oder mehrere Schallgeneratoren im inneren
des Pumpenelements angeordnet sein.
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Beim
Vorsehen mehrerer Schallgeneratoren ist es erfindungsgemäß bevorzugt,
die vorstehenden Anordnungsmöglichkeiten
der Schallgeneratoren zu kombinieren.
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Der
mindestens eine Schallgenerator ist vorzugsweise als Ultraschallgenerator
ausgebildet. Der Schallgenerator erzeugt hierbei vorzugsweise Schallwellen
im Bereich von 20 kHz bis 1 GHz. Beim Vorsehen mehrerer Schallgeneratoren
ist es bevorzugt, durch die einzelnen Schallgeneratoren Schallwellen
unterschiedlicher Frequenz zu erzeugen. Besonders bevorzugt ist
es, über
eine Modulationseinrichtung, die insbesondere einen Frequenzumrichter aufweist,
die Frequenz der von den mindestens einem Schallgenerator abgegebenen
Schallwellen zu variieren. Ferner ist es möglich, durch die Modulationseinrichtung
gegebenenfalls auch die Amplitude der abgegebenen Schallwellen zu
variieren. Durch die Veränderung
der Frequenz und/oder der Amplitude der erzeugten Schallwellen kann
das Auftreten permanenter lokaler Wellenminima und Wellenmaxima
innerhalb des Schöpfraums
vermieden werden. Dies führt
zu einer Vergleichmäßigung der
Reinigung. Vorzugsweise ist die Modulationseinrichtung Teil einer
Steuereinrichtung, wobei insbesondere eine automatische Steuerung
der Prozessabläufe einschließlich des
Variierens der Frequenz und/oder der Amplitude erfolgt. Durch das
Vorsehen mehrerer Schallgeneratoren, die gegebenenfalls mit unterschiedlichen
Frequenzen oder Amplituden betrieben werden, erfolgt ein Anpassen
an Strukturöffnungen. Insbesondere
sollte der Abstand zwischen Schallgenerator und Verschmutzung kleiner
als die halbe Wellenlänge
sein. Ebenso kann ein Schallgenerator frequenz- und/oder amplitudenmodulierbar
sein.
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Bei
der verwendeten Reinigungsflüssigkeit handelt
es sich vorzugsweise um Wasser, dem gegebenenfalls Additive wie
Lösungsmittel,
Säuren
oder Laugen zugesetzt sein können.
Eine weitere Verbesserung des Reinigungseffekts kann durch die Verwendung
von warmer Reinigungsflüssigkeit
erzielt werden. Die Temperatur der Reinigungsflüssigkeit liegt vorzugsweise
oberhalb der Betriebstemperatur der Vakuumpumpe. und unterhalb der
Siedetemperatur. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Reinigen
von Vakuumpumpen, wobei das Verfahren vorzugsweise mit der vorstehend
beschriebenen erfindungsgemäß ausgestalteten
Vakuumpumpe erfolgt.
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Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren
erfolgt in einem ersten Schritt ein insbesondere vollständiges Befüllen des
Schöpfraums
mit Reinigungsflüssigkeit.
Anschließend
erfolgt ein Einkoppeln von Schallwellen, um die an den Pumpelementen und/oder
der Innenwand des Schöpfraums
haftenden Verunreinigungen zu entfernen. Erfindungsgemäß werden
die Schallwellen entweder unmittelbar in die Reinigungsflüssigkeit
und/oder in mindestens eines der Pumpelemente und/oder in das Gehäuse eingekoppelt.
Die Reinigung bzw. das Lösen
der Verunreinigungen erfolgt, wie vorstehend anhand der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe
beschrieben, durch Kavitation.
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Bevorzugt
ist es hierbei, hoch energetische Schallwellen einzukoppeln, die
insbesondere im Bereich von 20 kHz bis 1 GHz liegen. Ferner ist
es bevorzugt, dass die Amplitude und/oder die Frequenz der Schallwellen
moduliert wird.
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Während des
Reinigungsvorgangs kann die Vakuumpumpe abgeschaltet sein, so dass
sich die Pumpelemente nicht bewegen. Ferner ist ein insbesondere
langsames Drehen der Pumpelemente möglich, so dass insbesondere
alle Oberflächen
in den Bereich der Schallwellen gelangen undum das Abtransportieren
bzw. Ausspülen
der gelösten
Verunreinigungen sicherzustellen. Ferner weist das langsame Drehen
der Pumpelemente den Vorteil auf, dass sichergestellt ist, dass
die Schallwellen auf sämtliche Bereiche
der Pumpelemente auftreffen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist vorzugsweise, wie anhand der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe beschrieben,
vorteilhaft weitergebildet.
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Die
erfindungsgemäße Vakuumpumpe
sowie das erfindungsgemäße Verfahren
zum Reinigen von Vakuumpumpen weist insbesondere den Vorteil auf,
dass es sich um einen äußerst umweltverträglichen
Prozess handelt, da überwiegend
wässrige
Lösungen
als Reinigungsmittel eingesetzt werden können. Ein weiterer Vorteil
der Erfindung besteht darin, dass ein gleichmäßiges Reinigen erfolgt. Dies
kann insbesondere durch die Anordnung mehrerer Schallgeneratoren
sowie gegebenenfalls ein zusätzliches langsames
Drehen der Pumpelemente erfolgen. Gegenüber mechanischen Reinigungsmethoden
weist die Erfindung ferner den Vorteil auf, dass auch komplexe Teilegeometrien,
wie sie beispielsweise bei Schraubenrotoren auftreten, auf einfache
Weise gereinigt werden können.
Ferner ist der Aufwand zum Reinigen der Vakuumpumpe erheblich reduziert.
Insbesondere ist eine zuverlässige
Reinigung vor Ort möglich,
so dass die Reinigung der Vakuumpumpe erheblich kostengünstiger
und auch kundenfreundlicher ist. Des Weiteren kann die teilweise
aufwändige Konstruktion
von Vakuumpumpen vereinfacht werden, da beispielsweise ein auf einfache
Weise abnehmbares Gehäuse
zum mechanischen Reinigen der Pumpe nicht vorgesehen sein muss.
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Gegenüber dem
Einbringen einer geringen Menge an Reinigungsflüssigkeit bei im Schöpfraum herrschenden
geringen Drücken,
um ein Verdampfen der Flüssigkeit
zu bewirken, weist die Erfindung den Vorteil auf, dass erhöhte Leistungsaufnahmen
und eine entsprechende Belastung des Stromnetzes sowie des Pumpenmotors
nicht auftreten. Auch können beim
Einbringen geringer Mengen von Reinigungsflüssigkeit von beispielsweise
1 l/min, die im Schöpfraum
verdampfen, durch Wasserschläge über längere Zeiträume Langzeitschäden auftreten.
Hierbei handelt es sich um Ausbrüche
an der Oberfläche
des Materials aufgrund der Kavitationskräfte. Des Weiteren können bei
diesem Verfahren Lagerbeschädigungen
auftreten. Dies ist durch die Erfindung vermieden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme
auf die anliegende Zeichnung näher
erläutert.
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Die
Zeichnung zeigt eine schematische teilweise geschnittene Seitenansicht
einer Schrauben-Vakuumpumpe.
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Ein
Gehäuse 10 der
Vakuumpumpe bildet einen Schöpfraum 12 aus,
in dem in der Zeichnung hintereinander zwei Pumpelemente in Form
von schraubenförmigen
Rotoren 14 angeordnet sind. Die beiden Rotoren 14 sind
jeweils mit einer Welle 16 verbunden, die aus dem Schöpfraum 12 heraus
in einen Lager- und Getrieberaum 18 geführt sind. In dem Lager- und
Getrieberaum 18 ist üblicherweise
ein Synchronisationsgetriebe zur Synchronisation der beiden Rotoren 14 angeordnet.
Ferner kann in dem Lager- und Getrieberaum 18 der
Antriebsmotor zum unmittelbaren oder mittelbaren Antreiben einer
der beiden Rotorwellen 16 angeordnet sein. Der Lager- und
Getrieberaum 18 ist durch Dichtungen 20 von dem
Schöpfraum 12 getrennt.
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Das
Gehäuse
weist eine Ansaugöffnung 22 auf,
durch die das aus einem nicht dargestellten Raum abzusaugende Gas
in den Schöpfraum 12 eingesaugt
wird. Durch die Rotoren 14 erfolgt ein Fördern des
Gases in Richtung einer Ausstoßöffnung 24.
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Erfindungsgemäß ist über eine
Rohrleitung 26 mit dem Schöpfraum ein Behälter 28 verbunden, in
dem Reinigungsflüssigkeit
aufbewahrt ist. Der Behälter 28 kann hierbei
ständig
während
des Betriebs mit der Vakuumpumpe verbunden sein oder zum Reinigen
der Vakuumpumpe, beispielsweise über
einen Ventilanschluss 30 verbunden werden. Ferner kann der
Behälter 28 auch
mit einer mit der Ansaugöffnung 22 verbundenen
Saugleitung verbunden sein, so dass die Reinigungsflüssigkeit über die
Ansaugöffnung 22 in
den Schöpfraum 12 geleitet
wird.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Behälter 28 über die
Rohrleitung 26 mit einer von der Ansaugöffnung 22 gesonderten
Zuführöffnung 32 verbunden.
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Innerhalb
des Schöpfraums 12 ist
ein erster Schallgenerator 34 bzw. der Schallkopf eines
Schallgenerators angeordnet. Mehrere weitere Schallgeneratoren 36 sind
an einer Außenseite 38 des
Gehäuses 10 vorgesehen.
Vorzugsweise sind die Schallgeneratoren 36 unmittelbar
mit der Außenseite 38 des Gehäuses 10 verbunden
oder innerhalb der Gehäusewand
angeordnet. In Längsrichtung
des Rotors 14 sind die Schallgeneratoren 36 seitlich
neben bzw. radial zum Rotor 14 angeordnet und gleichzeitig über die
Länge des
Rotors 14 verteilt. Der Schallkopf kann vorzugsweise manuell
oder mittels Steuerung in Längsrichtung
des Rotors bewegt werden. Insbesondere in Verbindung mit einer Rotordrehung
können sehr
gute Reinigungsergebnisse erzielt werden.
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Gegebenenfalls
kann ein weiterer Schallgenerator 40 vorgesehen sein. Dieser
ist im dargestellten Ausführungsbeispiel
innerhalb des Rotors 14 angeordnet, so dass Schallwellen
in den Rotor 14 und von diesem in die Reinigungsflüssigkeit
eingekoppelt werden.
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Über den
Schallgenerator 34 erfolgt eine unmittelbare Einkopplung
von Schallwellen in die zum Reinigen in den Schöpfraum 12 geförderte Reinigungsflüssigkeit.
Der Schallgenerator 36 koppelt die Schallwellen über das
Gehäuse 10 in
die Reinigungsflüssigkeit
ein.
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Vorzugsweise
ist je Pumpelement 14 mindestens ein Schallgenerator vorgesehen.
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Die
Schallgeneratoren 34, 36, 40, von denen auch
nur ein oder zwei Schallgeneratoren vorgesehen sein können, sind über elektrische
Leitungen 42 mit einer Steuereinrichtung 44 verbunden.
Innerhalb der Steuereinrichtung 44 kann eine Modulationseinrichtung
zur Modulation der Frequenz und/oder der Amplitude der einzelnen
Schallgeneratoren 34, 36, 40 vorgesehen
sein.
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Zum
Reinigen der Pumpenelemente 14 und/oder einer Innenwand 46 des
Schöpfraums 12 wird
zunächst
die Ansaugöffnung 22 geschlossen. Ferner
wird zumindest zunächst
vor dem Befüllen auch
die Ausstoßöffnung 24 verschlossen.
Anschließend
erfolgt ein Öffnen
des Ventils 30, so dass Reinigungsflüssigkeit aus dem Behälter 28 in
den Schöpfraum
gelangt bis der gesamte Innenraum des Gehäuses 10 befüllt ist.
Im nächsten
Schritt wird einer oder mehrere der dargestellten Schallgeneratoren 34, 36, 40 durch
die Steuereinrichtung 44 angesteuert, so dass der bzw.
die Schallgeneratoren 34, 36, 40 insbesondere
hochenergetische Ultraschallwellen erzeugen. Gegebenenfalls wird
die Ausstoßöffnung 24 zumindest
geringfügig
geöffnet,
um ein Herausspülen
der gelösten
Verunreinigungen zu ermöglichen.
Hierzu werden die Pumpelemente 14 zusätzlich langsam gedreht. Durch
Drehen mit beispielsweise 0,5–2
rpm der Pumpelemente 14 erfolgt ein Reinigen aller Oberflächen. Des
Weiteren erfolgt vorzugsweise eine Modulierung der Frequenzen und/oder Amplituden
der von den Schallgeneratoren 34, 36, 40 abgegebenen
Schallwellen.